把 CaHA 从微米级加工到纳米或亚微米尺度,最直观的变化是尺寸。但对无机生物材料来说,加工过程还可能同时改变晶体有序度、表面状态、团聚行为以及材料与细胞接触的方式。
2026 年 8 月发表于 Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials 的一项研究,以约 10 μm 的商业 CaHA 为起始材料,通过纳米喷雾干燥制备乳糖辅助稳定的纳米结构体系,并比较其理化性质、成纤维细胞反应和离体猪皮中的钙递送结果。
这项研究最值得讨论的并不是“颗粒变小以后效果更强”,而是一个更基础的问题:当尺寸、加工历史、分散介质和结构状态同时改变时,nanoCaHA 已经不能只用一个粒径数字来定义。
181 nm 是什么尺寸?
论文报告的 181.06 ± 23.83 nm 来自动力学光散射(DLS),样品分散在乙醇中。这个数值是特定介质和测试条件下的水动力学直径,不是对干燥颗粒几何直径的直接测量。
同一材料换到纯水中后,水动力学直径升至 3061.44 ± 725.61 nm,约为 3.06 μm。水相中的 ζ 电位为 +11.75 ± 3.63 mV;这个幅度只能说明测试条件下呈轻度正电,不能单独证明体系具有良好的胶体稳定性。水中明显增大的水动力学尺寸,反而提示颗粒相互作用和团聚需要被单独评价。
| 测试条件 | 论文报告结果 | 可以怎样理解 |
|---|---|---|
| 乙醇分散,DLS | 181.06 ± 23.83 nm;PDI 0.23 ± 0.17 | 该分散条件下的亚微米水动力学尺寸 |
| 纯水分散,DLS | 3061.44 ± 725.61 nm | 介质改变后出现更强的颗粒相互作用或团聚 |
| 纯水中的 ζ 电位 | +11.75 ± 3.63 mV | 表面电荷的条件性结果,不能替代分散稳定性测试 |
这与我们此前讨论的CaHA 的 D50 与 SEM 为什么不能直接划等号属于同一个原则:先确认测量对象和条件,再解释数字。
纳米喷雾干燥不只是缩小颗粒
研究并不是在其他条件完全不变的情况下,把一颗 10 μm 的 CaHA 机械缩小。起始 CaHA 被分散在乙酸调节至 pH 3 的水中,加入 10%(w/w)乳糖,再经纳米喷雾干燥加工。
因此,nanoCaHA 与起始材料之间同时存在多项变化:尺寸和形貌改变、乳糖参与形成有机—无机界面、酸性加工环境影响表面状态,最终的晶体有序度和分散行为也发生变化。把后续细胞差异全部归因于“尺寸更小”,超出了这套实验能够独立证明的范围。
论文设置了乳糖单独对照,并提到不含乳糖制备的纳米 CaHA 仍具有胶原相关活性。不过,后者被标注为“数据未展示”。这可以降低乳糖单独造成全部生物学结果的可能性,却不足以完全拆分尺寸、无定形化、表面状态与加工历史各自的贡献。
XRD 特征峰消失,材料状态已经改变
原始商业 CaHA 在 XRD 中具有可识别的晶体衍射峰。经过加工后,这些特征峰被以 2θ 约 30°为中心的宽广无定形晕环取代。FTIR 同时显示磷酸根谱带展宽,并出现与 B 型碳酸化磷灰石相符的吸收带。
因此,这里不能写成“XRD 仍然确认是原来的 CaHA,只是颗粒更小”。更准确的理解是:研究仍将其作为 CaHA 来源的纳米结构体系讨论,但现有 XRD 和 FTIR 结果表明,材料已经转为低有序、碳酸化并含乳糖界面的状态。
“更接近生物磷灰石的某些结构特征”也不是性能结论。碳酸根取代、无定形比例、离子释放和水相稳定性需要分别表征,不能用“仿生”一词代替。
胶原结果不能只归因于粒径
研究使用人真皮成纤维细胞,并在部分实验中加入外周血单个核细胞(PBMC)构建 Transwell 共培养。PBMC 来自 3 名独立供体。
在共培养条件下,nanoCaHA 组的 COL1A1 mRNA 相对载体对照平均约升高 5 倍,COL3A1 mRNA 约升高 25 倍;部分指标也高于研究中的商业 CaHA 成品对照。这里测量的是基因转录水平,不等同于相应胶原蛋白已经按相同比例沉积。论文另以 Sirius Red 观察总胶原,但该方法不能区分 I 型与 III 型胶原各自的蛋白贡献。
论文还报告,停止材料处理后 5 天仍观察到较高的胶原合成信号。需要注意,这一延长观察采用 PBMC 条件培养基等调整后的实验设计,并不是把原来的共培养实验原封不动延长 5 天。
SEM 和 EDS 显示,洗脱后仍有富含钙、磷的颗粒沉积与细胞表面及周围基质关联;论文没有确定这些沉积位于细胞内还是细胞外,也没有证明“颗粒滞留”就是持续胶原信号的唯一原因。
皮肤中钙增加,不等于完整颗粒透皮
在离体猪皮扩散实验中,nanoCaHA 处理样本测得的总钙为 34.53 ± 6.64 μg/cm²,对照为 23.43 ± 3.96 μg/cm²。检测采用组织消解后的火焰原子吸收法,回答的是皮肤样本中总钙量是否增加。
这种方法没有对完整颗粒进行特异性追踪,因此不能区分检测到的是完整 nanoCaHA、局部溶解后的钙,还是停留在不同皮肤层级的含钙物质。它也不能单独证明完整的 181 nm 颗粒穿过了完整皮肤屏障,更不能据此外推人体外用安全性或真皮胶原效果。
论文作者提出了浅表和经皮应用的开发可能性,同时也明确表示,完整配方在用于人体前仍需刺激性、致敏性和临床研究。当前证据仍属于体外细胞与离体皮肤研究。
nanoCaHA 需要怎样描述?
进入纳米尺度后,一份材料资料不应只保留“平均粒径”。至少还需要说明:
- 尺寸来自 DLS、SEM、TEM 还是其他方法;
- 分散介质、浓度、超声和分散剂条件;
- 水动力学尺寸、PDI、ζ 电位及其重复性;
- 干态形貌与水相团聚状态;
- 晶相、无定形比例、碳酸根取代和表面化学;
- 进入蛋白或体液环境后的尺寸和界面变化。
从材料规格管理的角度看,nanoCaHA 不是一个足够完整的材料定义。乙醇中的 181 nm、水中的约 3 μm、无定形晕环、B 型碳酸化特征和乳糖界面描述的是同一个体系的不同侧面。只有把这些结果放在一起,才能判断研究中的材料究竟处于什么状态。
利益冲突披露:论文声明,4 名作者为相关发明专利的发明人,其中 2 名作者为 AMA(Ativos Modernos Atomizados)共同创始人。本文为公开材料学文献解读;相关结果来自体外细胞和离体猪皮实验,不能外推为人体临床安全性、有效性或君卓现有 CaHA/HAp 产品性能。
参考文献
- Bispo ECI, de Barcelos SM, Contarato JLA, et al. Nanostructured and Functionalized Calcium Hydroxyapatite Enhances Collagen Production by Human Dermal Fibroblasts Compared With Microstructured Counterparts In Vitro. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. 2026;114(8):e70144. DOI: 10.1002/jbm.b.70144.